王淼

摘要：近年來，國家十分重視水庫的除險加固工作，本文從當前水利現狀出發(fā)，針對我國小型水庫數量多、偏遠、分散等特點，積極響應國家號召，將計算機、通信、自動化等技術結合到水利工作中設計了天長市小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)，該文是從系統(tǒng)的必要性，方案構成和要求來闡述，有效預防洪澇災害，提高了工作效率，產生了社會效益與經濟效益。

關鍵詞：雨水情;自動水雨監(jiān)測站;信息傳輸;監(jiān)測

天長市地處安徽東部、江淮之間、淮河下游，屬于江淮分水嶺地區(qū)，因其特定的地理位置、特殊的氣候條件，天長市的防汛問題十分突出，加強小型水庫的除險加固建設對防洪安全、糧食安全和生態(tài)安全有著積極作用，因此全面實施小型水庫雨水情預警預報基礎設施建設十分重要。

1 ? ?概況

天長地處安徽省的最東部，江淮之間、淮河下游，屬于江淮分水嶺地區(qū)。除一面與本省來安縣接壤外，其余三面皆被江蘇五縣市區(qū)（六合、儀征、高郵、金湖、盱眙）環(huán)抱。地理位置為東徑118°39′～119°13′，北緯32°27′～32°58′。全市國土總面積 1770 km2，總人口63.46萬。如圖1所示。

它地處北亞熱帶，屬北亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和，雨量適中，光照充足，四季分明，具有霜期短、日照長、雨量充沛的特點。多年平均降雨量1048.5 mm，年際年內分布極不均勻，年際最大豐枯變幅達2.81倍。年內降雨大多集中于夏季，占全年降雨量的70.0%以上。多年平均最大24 h降雨為103.2 mm，經排頻分析計算，相應10年、20年、50年一遇最大24 h暴雨分別為162.7 mm、193.3 mm和233.2 mm。

天長市地跨淮河流域和長江流域，其中淮河流域占96.8%。全市境內有新白塔河、老白塔河、銅龍河、楊村河、川橋河、王橋河和秦欄河等七條天然河流，呈掌狀分布由西向東匯入高郵湖，皆屬淮河入江水系，流域總面積2459.8 km2，其中境內1600.7 km2，境內長度為149.32 km，泄洪能力3550～4400 m3/s，引水能力82.5 m3/s。全市有高郵湖、百蕩湖、沂湖、黃家湖、沙湖、洋湖等天六個然湖泊，其中高郵湖為省際湖泊，湖泊匯水面積 1657 km2（不包括高郵湖），蓄水量23.3億m3（7.5 m水位）。如圖2所示。

天長市現建有103座雨水情自動監(jiān)測站點，從要素上劃分，涉及自動雨量監(jiān)測站點45座，自動水位監(jiān)測站點91座，自動水位雨量監(jiān)測站點21座。從覆蓋河流及水庫上分，涉及6條主要河流，9座中型水庫，29座?。?）型水庫，60座小（2）型水庫。

2 ? ?工程建設的必要性

天長市屬于低山丘陵區(qū)，水系分散，小型水庫數量多、分布廣，由于部分小型水庫無監(jiān)測設施，洪水來臨無法及時獲得水位資料，會給防汛工作帶來困難，而小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)的建設，可有效提高雨水情信息采集的準確性、時效性，從而延長洪水預見期，提高預報精準度，既保證了水庫安全，又能為洪水資源化提供準確的決策。《安徽省水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》對提高防洪減災和防汛抗旱應急管理能力等提出明確要求，但仍存在部分小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)尚未安裝，自動監(jiān)測系統(tǒng)和防汛通信預警設備不完善而影響小型水庫汛情險情的及時報送和發(fā)布的問題。

3 ? ?系統(tǒng)組成

利用信息采集系統(tǒng)建設水位自動監(jiān)測站，通過水位計和數據采集終端實現雨水情數據的實時、自動采集，為防汛調度提供基礎數據;利用信息化網絡系統(tǒng)基于IP網來實現業(yè)務，IP技術的成熟度高，技術發(fā)展迅速，可以很好地實現數據的共享傳輸;監(jiān)測站基座土建工程，監(jiān)測站供電采用蓄水池組和太陽能光電板浮充方式，監(jiān)測站鋪設環(huán)形均衡接地網并安裝避雷針，設備、設施必須在避雷針的保護范圍內[1]。

4 ? ?站點技術要求

4.1 總體結構

雨水情自動測報系統(tǒng)由遙測站、傳輸網絡、信息中心三部分組成。采用浮子水位計，水位計采集水位數據，實時傳送到RTU數據采集終端，RTU分析水位變化，決定是否立即傳送到數據接收中心站，水位變化1 cm時，自動向接收方發(fā)送數據，自動水雨監(jiān)測站結構示意圖參見圖3所示。

4.2 信息傳輸方案

4.2.1 數據落地

2016年，通過安徽省山洪災害防治數據同步共享系統(tǒng)試點項目的建設，安徽省水利信息中心已建成省級水雨情統(tǒng)一采集軟件，天長市新建小型水庫雨水情自動監(jiān)測站點監(jiān)測數據通過省級統(tǒng)一采集軟件落地到安徽省水利信息中心，并支持省級統(tǒng)一采集軟件遠程升級通訊協(xié)議，遠程設置站點采集頻度、P地址等參數，見圖4所示。

4.2.2 站點通信方式

自動監(jiān)測點與省中心平臺的通信方式優(yōu)先采用無限公網，包括GPRS通信、GSM通信，無線公網不能覆蓋的地區(qū)或有特殊要求的站點可選用衛(wèi)星等通訊方式。

4.2.3 站點通信協(xié)議

自動監(jiān)測站點的傳感器（水位計、雨量計）與RTU遙測終端的接口及通信協(xié)議、自動監(jiān)測站與省中心平臺之間的數據通信協(xié)議要嚴格按照《水文監(jiān)測數據通信規(guī)約》執(zhí)行，要求與現有接入系統(tǒng)兼容，通信協(xié)議滿足已有通信規(guī)約。

4.3 供電方案

天長市雨情自動監(jiān)測站點供電設計的原則是“連續(xù)陰雨天工作時間須不少于30天”。各個監(jiān)測站采用“太陽能+蓄電池直流浮充”供電方式。在日照期間太陽能給蓄電池充電，在夜間或連續(xù)陰雨期間使用蓄電池儲存的電能。電源模塊需要可靠的防雷設計，有效避免從電源回路引入的雷擊信號。供電系統(tǒng)的電池電壓情況定期通過RTU報送到中心站，便于管理人員掌握運行狀態(tài)信息。

4.4 防雷接地方案

根據《建筑物防雷設計規(guī)范》和《電子設備雷擊保護導則》等國家有關行業(yè)標準的基礎上，結合監(jiān)測站周圍環(huán)境因素、設備對雷電電磁脈沖的抗擾度以及測站設備的重要性，應綜合采取外部防雷和內部防雷等措施，最大限度降低雷擊事故可能造成的人員傷亡與財產損失。

方案可分為外部防雷方案和內部防雷方案，外部防雷主要防直擊雷對檢測站造成的損壞，主要避免裝置包括避雷針、引下線和接地體三部分。在監(jiān)測站頂端架設避雷針，使監(jiān)測站所有設備都安裝在低于避雷針45°角度的保護范圍內，引下線采用導電較好的熱鍍鋅鋼管。內部防雷主要防止感應雷和落地雷對監(jiān)測站造成的損壞。采取的措施有：所有傳感線纜、電子設備均由PVC絕緣層實現與直擊雷防護系統(tǒng)之間的隔離，對設備安裝位置和安裝方式進行改進，盡量減少線的長度。信號線纜與RTU設備連接端應安裝信號避雷器，避免信號線纜引入雷電的侵害。

4.5 數據報送方案

可以采用自報式，根據量級和需求由中心設定自報時間，在自動監(jiān)測站設備控制下可采用增量自報、定時自報以及限時自報三種方式，也可為查詢、應答式，由監(jiān)測中心設定自動定時巡測或隨機召測，自動監(jiān)測站自動響應。自動監(jiān)測站接受監(jiān)測中心的查詢，能實時采集相應數據并發(fā)送給監(jiān)測中心。定時自動巡測的時間間隔，可根據數據處理和預報作業(yè)的需要來確定[2]。

5 ? ?站點設施建設要求

自動水位監(jiān)測站點應設置在岸邊順直、水位代表性好，不易淤積，主流不易改道的位置，應避開回水和受水工建筑物影響的地方。每個自動水位監(jiān)測站點增設水尺樁或直讀式水尺，可以在現場直觀地觀測水位，并在水尺樁附近設置校核水準點2個。站點建成后要有防破壞、防攀爬、防溺水等指示標志及措施。

雨水情自動監(jiān)測站點的建設，根據現場情況的不同，主要有標準井式自動水位站、簡易島式自動水位站、棧橋式自動水位站、依附式自動水位站等幾種安裝方式。經對天長市本次新建水位站現場勘測，建設方式采用簡易島式和棧橋式。

5.1 監(jiān)測環(huán)境要求

外部環(huán)境要求水位監(jiān)測設施周邊20 m范圍內不得有高桿作物、樹木等，內部要求儀器集成室內（空間）儀器儀表布局簡潔、布線規(guī)范，既便于運行維護，又要有序美觀。儀器保護箱必須滿足防銹要求，標注“安徽省小型水庫水情自動測報”字樣。安裝集成要杜絕斜線、空中懸線、地面鋪線、裸露接線等情況。

5.2 水位監(jiān)測量程要求

水庫水位基面必須與水庫建筑物基面一致，水位監(jiān)測量程既要滿足防汛需要，又要滿足干旱水源評價需要。水位計最低可測水位需在死水位以上0.1～1.0 m;當歷史最低水位，低于死水位時，水位計最低可測水位需在歷史最低水位以下0.1 m。水位計最高可測水位為水庫壩高以上0.2 m。浮子式水位計碼盤上浮子與平衡錘之間的循環(huán)鋼繩長度：L=H+2h+0.3。循環(huán)鋼繩的長度設置原則是：水位為最低可測水位時，浮子不擱淺，平衡錘上沿不受限;水位為最高可測水位時，平衡錘不擱淺，浮子上沿不受限。

5.3 監(jiān)測并防淤積要求

棧橋式簡易井可在底部管壁上開0.3×0.4 m活動窗口，利用吸沙泵清淤。島式鑒于井管承重因素，在引管上部1m處布設輔助引管。

5.4 監(jiān)測井勘測要求

斷面勘測是小型水庫水位自動監(jiān)測量程確定的前期條件，水庫斷面勘測有別于河道大斷面，側重于監(jiān)測井位置的高程與既有放水涵閘底部高程、水庫大壩壩頂高程、溢洪道堰頂高程以及水庫特征水位之間的關系。

斷面勘測的跡線視情分兩種：（1）當井管依附于放水涵構筑物時，如圖5（a），以放水涵棧橋方向為跡線（一般垂直于水庫大壩軸線），從壩頂開始到水下，并勘測壩頂高程、溢洪道堰頂高程、放水涵底高程，同步標注歷史最低水位、死水位。放水涵無棧橋時，以井管位置與大壩軸線垂直投影為跡線。（2）當建設棧橋式時，如圖5（b）直接以棧橋方向為跡線，斷面跡線未與大壩軸線相交時，圖中仍需標注大壩壩頂高程、溢洪道堰頂高程、放水涵底高程，同步標注歷史最低水位、死水位;簡易島式自動水位站類同。

6 ? ?結語

隨著天長市經濟的蓬勃發(fā)展，城市影響力的逐漸擴大，建設文明城市的深入展開，且由于其特殊的地理位置，局部災害年年發(fā)生，更加凸顯建設小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)的重要性。本系統(tǒng)將遙測站、傳輸網絡、信息中心結合，為天長市各級防汛抗旱以及防洪治澇工程體系提供了科學依據。此類雨情系統(tǒng)改變了人工觀測的現狀，安全穩(wěn)定、技術可靠、功能齊全、便捷高效。而將遙感與計算機技術等應用于水利建設已成為行業(yè)的一大趨勢，且網絡時代的雨情預報也將會給人類帶來巨大的好處[3]。

參考文獻

[1] 唐有為.中小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)設計與實現分析[J].計算機產品與流通，2020（10）：260-262.

[2] 陳清.馬尾區(qū)洪水預警系統(tǒng)現狀及分析建設探析[J].海峽科學，2017（7）：64-66.

[3] 熊春茂，王云鵬，郭益國.河北省小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)建設探索[J].中國水利，2017（8）：17-18.